Литературовед. Член-корреспондент (с 1966) и действительный член (с 1984) АН СССР, иностранный член Болгарской АН, лауреат Димитровской премии (Болгария). В 1976–1988 возглавлял Международную комиссию по истории славистики при МКС, с 1976 был президентом МАИРСК.
В 1936 окончил филологический факультет ХГУ, затем поступил в аспирантуру, но в 1937 был арестован по ложному политическому обвинению, вскоре освобожден. Творческую деятельность начал как поэт и переводчик, опубликовал на болгарском языке два сборника стихотворений, переводил с русского и украинского языков на болгарский. В 1944–1956 заведовал кафедрой русской и зарубежной литератур Сумского педагогического института.
В 1946 защитил в ХГУ кандидатскую диссертацию «Русская песня и А.В. Кольцов (синтез фольклорных и литературных традиций в песнях Кольцова)», в 1954 в ИМЛИ — докторскую диссертацию «Пути развития болгарской поэзии в первой четверти ХХ века».
В 1956–1990 работал в ИСл: снс, зав. сектором, директор Института (1969–1987), советник дирекции.
Научные интересы Д. Ф. Маркова лежали в плоскости исследования болгарской литературы XIX–XX вв. и изучения болгаро-русских литературных связей. Сочетая историко-литературный и теоретический подход, анализируя творчество ведущих болгарских писателей, ученый смог найти новые решения для ряда сложных проблем болгарского литературного процесса, раскрыть особенности развития и борьбы различных направлений в болгарской литературе.
Д. Ф. Марков обосновал на болгарском материале оригинальную для советского литературоведения концепцию развития литератур. Она исходила из признания не только реализма, но и ряда других творческих методов художественного познания действительности (романтизм, символизм), которые вступают с реализмом в сложные отношения.
Д. Ф. Марков в своих исследованиях стремился теоретически обосновать более свободное толкование метода «социалистического реализма», представить его как своеобразную, открытую для всего прогрессивного опыта человечества, эстетическую систему правдивого изображения жизни, фактически смыкающуюся с реализмом XIX в. Свое понимание проблемы ученый изложил в монографии (1970), которая вызвала большой интерес в зарубежных социалистических странах и была переведена на болгарский, немецкий, словацкий и чешский языки. В следующей книге (1975) эта концепция получила дальнейшее развитие. Ученый, критикуя «ревизионистские» толкования «социалистического реализма», вместе с тем выступал против понимания данного «метода» как свода неких непреложных правил. Новая концепция получила развитие и в созданных под руководством М. коллективных трудах сравнительно-типологического характера, написанных на материале литератур ряда стран Центральной и Юго-Восточной Европы
Проблема генезиса социалистического реализма в болгарской литературе. М., 1958.
Болгарская поэзия первой четверти ХХ века. М., 1959 (есть перевод на болгарский язык).
Болгарская литература наших дней. М., 1969.
Генезис социалистического реализма: из опыта южнославянских и западнославянских литератур. М., 1970.
Из истории болгарской литературы. М., 1973.
Проблемы теории социалистического реализма. М., 1975 (2-е, доп. изд.: 1978).
Сравнительно-исторические и комплексные исследования в общественных науках (Из опыта изучения истории и культуры народов Центральной и Юго-Восточной Европы). М., 1983.
Литература и современность. М., 1985.
Сравнительно-историческое изучение и теоретические вопросы развития современных литератур. М., 1985.
Выбор пути. М., 1987.
Источник силы поэзии Христо Ясенова // Славянская филология: Статьи и монографии. М., 1951.
Об эстетических взглядах Д. Благоева // УЗИС. 1950. Т. 2.
Горький и болгарская литература // КСИС. 1951. Вып. 6.
Новаторские черты поэзии Христо Смирненского (к вопросу о творческом методе поэта) // УЗИС. 1954. Т. 8.
О характере противоречий в творчестве Пенчо Славейкова // КСИС. 1955. Вып. 16.
Социалистические литературы в славянских странах 20–30-х гг. и мировой литературный процесс // ССл. 1967. № 5.
Съезд славистов в Праге // Вестник АН СССР. 1968. № 12.
О стилевых тенденциях в современной болгарской литературе // Формиране и развитие на социалистическата култура в България: Сборник. София, 1971.
25 лет работы Института славяноведения и балканистики АН СССР // ССл. 1972. № 1.
Теоретически и методологически въпроси на сравнително изучаване на славянските литератури // Литературна мисъл. София, 1972. № 2.
Вопросы теории и методологии сравнительного изучения славянских литератур // Сравнительное изучение славянских литератур: Материалы конференции 18–20 мая 1971 г. М., 1973.
Новый этап исследований истории и культуры народов Центральной и Юго-Восточной Европы (некоторые итоги и перспективы работы Института славяноведения и балканистики АН СССР) // ССл. 1976. № 3.
Реализм и другие течения в болгарской литературе конца XIX — начала XX века // Литература славянских и балканских народов конца XIX — начала XX века: Реализм и другие течения. М., 1976.
Комплексное изучение проблем национальной культуры // Формирование национальных культур в странах Центральной и Юго-Восточной Европы. М., 1977.
За дальнейшую интеграцию исследований в общественных науках (Из опыта изучения истории и культуры Центральной и Юго-Восточной Европы) // Вопросы философии. 1982. № 1.
Институт славяноведения и балканистики: некоторые итоги и перспективы научной деятельности // ННИ. 1983. № 4 (соавтор).
Павлов Т. К вопросу о реализме и романтизме // Творческий метод: Сборник статей. М., 1960.
Ломидзе Г. Постигая сущность нового // ВЛ. 1971. № 6.
Никольский С.В. К 60-летию Д. Ф. Маркова // Известия АН СССР. Серия литературы и языка. 1973. № 5.
К 60-летию члена-корреспондента АН СССР Д. Ф. Маркова // ССл. 1974. № 2, подп.: И.К.
Rozenbaum K. Jubileum člena-korespondenta AV ZSSR D.F. Markova // Slovenska literatura. Bratislava, 1973. № 5.
Попиванов П. Крупен литературовед-болгарист: 70 години от рожденето на Д. Ф. Марков // Език и литература. София, 1983. № 4.
Хорев В.А. Д. Ф. Марков: к 70-летию со дня рождения // Известия АН СССР. Серия литературы и языка. 1983. № 5.
Шарова К. Научното дело на член-кореспондент Димитрий Федорович Марков // Исторически преглед. София, 1984. № 4.
Богданов Ю.В. Дмитрий Федорович Марков (к 75-летию со дня рождения) // Известия АН СССР. Серия литературы и языка. 1988. № 6.
Славяноведение в СССР. Биобиблиографический словарь. New York, 1993.